JP2016198757A - 熱効率の高い３相セパレーター - Google Patents

Abstract

【課題】セパレーターに係り、特に、水、オイル、ガスが混合された３相原液を高効率で分離することが可能な３相セパレーターを提供する。【解決手段】本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターは、圧力容器と、前記圧力容器の一側に設けられ、水、オイル、ガスが混合された３相原液が流入する流入口と、前記圧力容器の内部に設けられ、前記３相原液を段階的に分離させる分離手段と、前記圧力容器の他側の上部に設けられ、分離されたガスが排出される第１流出口と、前記圧力容器の下部に下方を向かうように連結され、分離された水が排出される第２流出口と、前記第２流出口に隣接して設けられ、分離されたオイルが排出される第３流出口と、前記圧力容器の外面の一部を包む形で結合され、一つのインレット部と一つのアウトレット部が設けられ、熱交換用水が循環しながら前記圧力容器の内部との熱交換を行うウォータージャケットとを含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、セパレーターに係り、特に、水、オイル、ガスが混合された３相原液を高効率で分離することが可能な３相セパレーターに関する。

セパレーターは、一般に、少なくとも２相が混合された物質を各成分に分離するためのものを意味し、原油を精製し或いはスラッジを処理するための用途などの様々な分野に活用される。

３相セパレーターは、オイル、水、ガスを分離するためのものであって、本発明に関連した従来の技術として、特許文献１（２０１３年７月１２日登録）の「液体／液体／ガス／固体混合物を分離するためのセパレーター」がある。

図１は従来の技術に係るセパレーターの構成を示す断面図である。図１に示すように、この従来の技術に係るセパレーターは、第１流体と前記第１流体よりも密度の高い第２流体と固体との混合物から前記第１流体、前記第２流体および前記固体をそれぞれ分離するセパレーターに関するものである。

具体的に、セパレーターは、圧力容器と、圧力容器の内部に位置するサイクロンと、外部から圧力容器を貫いて前記サイクロンに連結され、前記第２流体がサイクロンをオーバーフローするようにサイクロン内の流体を回収させる手段を有する流入通路と、サイクロンの中心軸上に配置され、サイクロンの内部から圧力容器の外部まで延設される第１流体を排出させる第１出口通路と、圧力容器の底部に設けられ、第２流体を排出させる第２出口通路と、サイクロンの底部から圧力容器の外部に延設され、固体を排出させる第３出口通路とを含んでなる。

圧力容器の内部にサイクロンを含む既存のセパレーターは、オイル、水、ガス成分が混合された３相原液をセパレーターへ供給する前に、セパレーターの外部に設けられる熱交換器を用いて適正の温度に加熱するようにすることが一般的である。

これにより、別個の熱交換器を製作しなければならず、更なる空間を必要とするなどの問題点があった。

韓国登録特許第１０−１２８７３７４号公報

そこで、本発明は、圧力容器内で水、オイル、ガスが混合された３相原液をそれぞれ分離することができるようにするが、圧力容器自体の広い外壁にウォータージャケットを設けて円滑な熱交換が行われるようにして効果的に３相原液を分離することが可能なセパレーターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターは、圧力容器と、前記圧力容器の一側に設けられ、水、オイル、ガスが混合された３相原液が流入する流入口と、前記圧力容器の内部に設けられ、前記３相原液を段階的に分離させる分離手段と、前記圧力容器の他側の上部に設けられ、分離されたガスが排出される第１流出口と、前記圧力容器の下部に下方を向かうように連結され、分離された水が排出される第２流出口と、前記第２流出口に隣接して設けられ、分離されたオイルが排出される第３流出口と、前記圧力容器の外面の一部を包む形で結合され、一つのインレット部と一つのアウトレット部が設けられ、熱交換用水が循環しながら前記圧力容器の内部との熱交換を行うウォータージャケットとを含むことを特徴とする。

好ましくは、前記ウォータージャケットは、その内部に複数の誘導隔膜が設けられ、前記熱交換用水がジグザグ状に流動できるようにすることを特徴とする。

好ましくは、前記分離手段は、前記流入口に連結され、水とオイルは下方に排出させ、ガス成分は上方に排出させるサイクロンと、前記サイクロンから離隔し、前記圧力容器の内部を左右に区画し、底部から一定の高さまで形成されて水とオイルの分離を加速させる作用をするセパレートアジテーターと、前記セパレートアジテーターの上部に連結されて前記圧力容器の天井まで形成され、ガス成分に含まれている水を除去するミストエキストラクターと、前記セパレートアジテーターから離隔し、前記セパレートアジテーターの高さよりも高く形成され、比重差により水よりも上方に位置するオイルのみが溢れるようにするウィアーパネルとを含んでなることを特徴とする。

好ましくは、前記分離手段は、前記ウィアーパネルの上端に水平に連結され、複数の打孔が設けられ、オイルへの気泡の形成を防止するデフォーマーと、前記第１流出口の下部に設けられ、ガスに含まれている水を再び分離する第２ミストエキストラクターと、前記第２ミストエキストラクターによって分離された水を前記ウィアーパネルと前記セパレートアジテーターとの間の空間へ回収するための回収配管とをさらに含むことを特徴とする。

好ましくは、前記第２流出口と第３流出口には前記流入口へ向かうチェックラインが連結され、前記チャックラインに肉眼確認のための可視窓が設けられ、定量ポンプを用いて、 前記第２流出口および第３流出口を介して排出される排出物の一部を前記チェックラインへ強制供給するようにすることを特徴とする。

本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターは、圧力容器の外壁にウォータージャケットを設置して広い伝熱面積を用いて効果的に熱交換が行われるようにすることにより、装置の熱効率を高めることができるという効果がある。

また、本発明は、別個の熱交換器を製作しなくてもよいので、製作費用を節減することができるうえ、別途の空間確保を必要としないという利点がある。

従来の技術に係るセパレーターの構成を示す断面図である。 本発明の好適な一実施形態に係る熱効率の高い３相セパレーターを示す構成図である。 図２の側面図である。 本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターを示す斜視図である。 圧力容器の内部を示す部分切開斜視図である。 圧力容器の内部を示す別の部分切開斜視図である。 ウォータージャケットの内部を示す斜視図である。

本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現される。但し、本実施形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。本発明は特許請求の範囲によって定義されるだけである。本明細書において、同一の参照符号は同一の構成要素を示す。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態に係る熱効率の高い３相セパレーターを詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、関連した公知の機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

図２は本発明の好適な一実施形態に係る熱効率の高い３相セパレーターを示す構成図、図３は図２の側面図、図４は本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターを示す斜視図、図５は圧力容器の内部を示す部分切開斜視図、図６は圧力容器の内部を示す別の部分切開斜視図、図７はウォータージャケットの内部を示す斜視図である。

図示の如く、本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターは、圧力容器１００、流入口２００、分離手段３００、第１流出口４００、第２流出口５００、第３流出口６００およびウォータージャケット７００を含んでなる。

圧力容器１００は、長尺な円筒状をし、左右側は膨らみ出した形状をなし、水平に設置される。

圧力容器１００の一側に流入口２００が設けられ、該流入口２００を介して、水、オイル、ガスが混合された３相原液が供給される。ここで、３相原液は原油のようなものである。

圧力容器１００の内部に流入口２００を介して供給された３相原液を段階的に分離させるための分離手段３００が設けられる。具体的に、分離手段３００はサイクロン３１０、セパレートアジテーター３２０、ミストエキストラクター３３０、ウィアーパネル３４０、デフォーマー３５０、第２ミストエキストラクター３６０、および回収配管３７０を含むことができる。分離手段については後述する。

圧力容器１００の他側の上部に第１流出口４００が設けられ、該第１流出口４００を介して、３相原液から分離されたガス成分が排出される。

一方、圧力容器１００の下部には下方を向かうように連結される第２流出口５００が設けられ、該第２流出口５００を介して水が排出される。

第２流出口５００に隣接して第３流出口６００が設けられるが、該第３流出口６００を介してはオイルが排出され、第３流出口６００は第２流出口５００よりもサイクロン３１０から遠い所に位置する。

３相原液が分離手段３００を経て分離される過程は、気体であるガスが先に分離され、水とオイルは液体状態であって比重差により層をなす。比重の低いオイルが水より上層に集まるが、オイルはオーバーフローして水と分離されるようにする。

このような過程を経て、ガスは第１流出口４００から排出され、水は第２流出口５００から排出され、オイルは第３流出口６００から排出される。

一方、本発明に係る熱効率の高い３相セパレーターには、圧力容器１００の内部と熱交換を行うウォータージャケット７００が設けられる。ウォータージャケット７００は、圧力容器１００の外面の一部を包む形で一体に結合され、少なくとも一つが設けられる。ウォータージャケット７００にはインレット部７１０とアウトレット部７２０が設けられる。よって、熱交換用水がインレット部７１０を介して流入した後、アウレット部７２０から排出され、このような循環過程で圧力容器１００の内部とウォータージャケット７００との熱交換が行われる。

好ましくは、本実施形態の場合、図３のように円形の圧力容器１００の前後に対称に一つずつのウォータージャケット７００が設けられ、図３または図７に示すように、ウォータージャケット７００の内部には複数の誘導隔膜７３０が設けられることにより、熱交換用水がジグザグ状に流動できるようにする。

本実施形態は、圧力容器１００の内部温度を高めるための用途にウォータージャケット７００を使用しているが、逆に、ウォータージャケット７００に低温の熱交換用水を供給して圧力容器１００の内部温度を低める用途にも活用可能である。これは流入口２００を介して供給される対象物が何かによって異なることを意味する。

以下、より具体的な分離手段３００について説明する。

サイクロン３１０は流入口２００に連結され、３相原液はサイクロン３１０に誘導されて遠心力によって回転しながら、水とオイルは下方に排出させ、ガス成分は上方に排出させる。

サイクロン３１０から離隔して圧力容器１００の内部を左右に区画するセパレートアジテーター３２０が設けられる。セパレートアジテーター３２０は圧力容器１００の底部から一定の高さまで形成されるが、好ましくは圧力容器１００のセンターラインよりも多少高く形成される。サイクロン３１０によって水とオイルはある程度分離されるが、セパレートアジテーター３２０を通過しながら、分離されなかった水とオイルは分離が促進される。

セパレートアジテーター３２０の上部にミストエキストラクター３３０が連結され、ミストエキストラクター３３０は圧力容器１００の天井まで形成される。ミストエキストラクター３３０を介してガス成分が通過するが、ガスがミストエキストラクター３３０を通過する過程中に、ガスに残留する水分が除去される。

セパレートアジテーター３２０とミストエキストラクター３３０は、それぞれ略半円状をし、これらの両者が上下に配置されて一つの円をなしながら圧力容器１００の内部空間を左右に区分する。

セパレートアジテーター３２０から離隔するウィアーパネル３４０が設けられるが、ウィアーパネル３４０は圧力容器１００の底面から所定の高さまで形成され、好ましくは隣り合うセパレートアジテーター３２０の高さよりも高く形成される。ウィアーパネル３４０は滑らかな板状体であって、水やオイルは、ウィアーパネル３４０を直ちに通過せず、水位が上昇して一定の水位以上になると、ウィアーパネル３４０の上端から溢れる。

セパレートアジテーター３２０を通過した水とオイルは層をなしながら分離され、比重差により水が下層に位置し、オイルは上層を形成する。すなわち、ウィアーパネル３４０は、一種のダムの役割を果たし、上層を形成するオイルのみが水位の上昇に伴ってウィアーパネル３４０を越えて移動することにより、水とオイルの完全な分離が行われる。

一方、セパレートアジテーター３２０とウィアーパネル３４０との間に第２流出口５００が設けられ、水は第２流出口５００から排出できるようにする。

より好ましくは、ウィアーパネル３４０の上端に水平に連結されてミストエキストラクター３３０まで延びるデフォーマー３５０が設けられてもよい。デフォーマー３５０には複数の打孔が設けられ、オイルが打孔を通過しながら、オイルに含まれている気泡が除去されるようにする。

ガス成分はミストエキストラクター３３０を通過して第１流出口４００を向かうが、ガスには依然として水分が含まれていることがある。このため、第１流出口４００の下部に第２ミストエキストラクター３６０を設置し、ガスに残留する水分を再び分離するようにすることが好ましい。

第２ミストエキストラクター３６０によって分離された水を処理するための回収配管３７０が設けられ、回収配管３７０はウィアーパネル３４０とセパレートアジテーター３２０との間の空間へ向かうようにして、貯水されている水に混ぜられるようにする。

さらに好ましくは、第２流出口５００と第３流出口６００には流入口２００へ向かうチェックライン８００がそれぞれ連結でき、各チェックライン８００には肉眼確認のための可視窓９００が設けられる。各チェックライン８００に定量ポンプ８１０を設置することにより、第２流出口５００および第３流出口６００を介して排出される水およびオイルの一部をバイパスさせてチェックライン８００を介して流れるようにする。チェックライン８００を介して流れる水、オイルを可視窓９００から確認することができ、これにより正常にセパレーターが作動しているかを検証する。

以上説明したように、本発明に係るセパレーターは、３相原液をより効率よく分離するために圧力容器１００の外面に設置されるウォータージャケット７００と圧力容器１００の内部との熱交換によって圧力容器の内部温度を適正の水準に上げるようにすることでセパレーターの性能を向上させることができる。

特に、ウォータージャケット７００は、圧力容器１００の外面に沿って広い分布をなしながら設置されるため、広い伝熱面積を介して熱交換効率を極大化させることができるという利点があり、別個の熱交換器を設ける必要がなくなるという利点を提供することができる。

１００ 圧力容器
２００ 流入口
３００ 分離手段
３１０ サイクロン
３２０ セパレートアジテーター
３３０ ミストエキストラクター
３４０ ウィアーパネル
３５０ デフォーマー
３６０ 第２ミストエキストラクター
３７０ 回収配管
４００ 第１流出口
５００ 第２流出口
６００ 第３流出口
７００ ウォータージャケット
７１０ インレット部
７２０ アウトレット部
７３０ 誘導隔膜
８００ チェックライン
８１０ 定量ポンプ
９００ 可視窓

Claims (5)

1. ３相セパレーターにおいて、
   圧力容器と、
   前記圧力容器の一側に設けられ、水、オイル、ガスが混合された３相原液が流入する流入口と、
   前記圧力容器の内部に設けられ、前記３相原液を段階的に分離させる分離手段と、
   前記圧力容器の他側の上部に設けられ、分離されたガスが排出される第１流出口と、
   前記圧力容器の下部に下方を向かうように連結され、分離された水が排出される第２流出口と、
   前記第２流出口に隣接して設けられ、分離されたオイルが排出される第３流出口と、
   前記圧力容器の外面の一部を包む形で結合され、一つのインレット部と一つのアウトレット部が設けられ、熱交換用水が循環しながら前記圧力容器の内部との熱交換を行うウォータージャケットとを含んでなることを特徴とする、熱効率の高い３相セパレーター。
2. 前記ウォータージャケットは、
   その内部に複数の誘導隔膜が設けられ、前記熱交換用水がジグザグ状に流動できるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の熱効率の高い３相セパレーター。
3. 前記分離手段は、
   前記流入口に連結され、水とオイルは下方に排出させ、ガス成分は上方に排出させるサイクロンと、
   前記サイクロンから離隔し、前記圧力容器の内部を左右に区画し、底部から一定の高さまで形成されて水とオイルの分離を加速させる作用をするセパレートアジテーターと、
   前記セパレートアジテーターの上部に連結されて前記圧力容器の天井まで形成され、ガス成分に含まれている水を除去するミストエキストラクターと、
   前記セパレートアジテーターから離隔し、前記セパレートアジテーターの高さよりも高く形成され、比重差により水よりも上方に位置するオイルのみが溢れるようにするウィアーパネルとを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の熱効率の高い３相セパレーター。
4. 前記分離手段は、
   前記ウィアーパネルの上端に水平に連結され、複数の打孔が設けられ、オイルへの気泡の形成を防止するデフォーマーと、
   前記第１流出口の下部に設けられ、ガスに含まれている水を再び分離する第２ミストエキストラクターと、
   前記第２ミストエキストラクターによって分離された水を前記ウィアーパネルと前記セパレートアジテーターとの間の空間へ回収するための回収配管とをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の熱効率の高い３相セパレーター。
5. 前記第２流出口と第３流出口には前記流入口へ向かうチェックラインが連結され、前記チャックラインに肉眼確認のための可視窓が設けられ、定量ポンプを用いて、前記第２流出口および第３流出口を介して排出される排出物の一部を前記チェックラインへ強制供給するようにすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱効率の高い３相セパレーター。